結構力學中知識體系的建立與基本概念的掌握★

賈 程 陳卉卉

(鹽城工學院，江蘇 鹽城 224000)

結構力學是高校土建類專業的一門重要的專業基礎課，主要研究桿系結構的內力和變形及結構的組成規律，在基礎課和專業課之間起著承上啟下的作用［1］。承上是指在理論力學、材料力學的基礎上，進一步研究桿件結構;啟下是指為鋼筋混凝土結構、鋼結構等專業課的學習打下堅實的基礎。教師在講授結構力學課程的過程中，要十分重視幫助學生建立完整的知識體系和扎實掌握基本概念。

1 幫助學生建立知識體系

1)建立完整的專業知識體系。

學生在本科階段的前一年半時間主要是學習基礎課，如高等數學、理論力學、材料力學等，從大二下學期開始學習結構力學課程。由于剛開始接觸專業基礎課，學生對其與專業課之間的聯系還不是很清楚，所以教師在教學過程中應重視將課程內容和專業課程聯系起來。例如，讓學生了解力矩分配法就是鋼筋混凝土結構以及鋼結構等結構設計的重要工具，結構的動力計算是為了對結構進行抗震設計等等。將結構力學課程的相關內容與專業課聯系起來，并向學生做一些簡要介紹，幫助學生建立“數學—力學—結構—施工”這條完整的專業知識體系，更加有助于提高學生學習本課程的積極性。

2)建立“三大力學”知識體系。

在“三大力學”課程中，理論力學是研究物體機械運動一般規律，材料力學主要研究構件在外力作用下的變形、受力與破壞或失效的規律，結構力學主要研究工程結構受力和傳力的規律，以及如何進行結構優化。

力學課程教學過程中，要重視讓學生建立更加清晰完整的力學知識體系，盡量從力學知識體系的高度引導學生深刻理解力學概念。例如，用截面法進行受力分析，在三大力學課程中均有涉及，僅僅是分析的對象有所不同。又如平衡問題，包括質點的平衡、剛體的平衡、結構的平衡、靜定結構以及超靜定結構中力法、位移法中平衡條件的應用，其理論依據都是相同的，也僅僅是分析的對象有所不同。再如，結構力學中的動力學部分，主要研究體系在動力環境中的安全和可靠性，學生普遍反映難度較大。實際上，這部分內容在理論力學和材料力學中也涉及到，只是理論力學的動力學部分和材料力學的動荷載部分主要研究簡單系統的動平衡問題，重點是動力學的基本原理和解釋一些振動現象，而結構力學重點是分析復雜系統的動力響應。

理論力學和材料力學是結構力學的基礎，力學中最基礎的概念和理論都是在這兩門課程中建立起來的。從這樣的角度來引導學生，可以讓其在力學學習的各個階段，從整個力學知識體系的角度，總結出力學分析及平衡的一般性規律，不斷加深對力學基本概念的理解。

3)建立結構力學課程知識體系。

結構力學課程內容中，各部分知識也是有機聯系的，形成完整的體系［2］。針對各部分知識，幫助學生從整體上把握課程知識體系尤為重要。

例如，在學習結構動力學時，就需要重點講解如何利用慣性力將動力問題變換成靜力問題。又如，在結構力學教學大綱中明確指出，要“熟練掌握靜定梁和剛架內力圖的作法”“熟練掌握靜定桁架內力計算”“熟練掌握靜定結構在荷載作用下的位移計算”“熟練掌握用截面法求指定截面的內力”等等。以上這些內容均屬于靜定結構部分，為什么都必須熟練掌握，不難發現，這些內容在整個結構分析中至關重要，是超靜定結構問題分析和計算的基礎。教師在講解用力法求解超靜定結構時，就需要重點講解如何將超靜定結構變成較為簡單的靜定結構來分析。所以在教學過程中，應將靜定結構分析的重要性明確告訴學生，并讓學生引起足夠重視。這樣在學完本課程之后，學生掌握的不再是一些支離破碎的知識點，而是前后有機聯系的知識的組合體。

2 注重基本概念的掌握

1)深刻闡述基本概念。

掌握結構力學的基本理論和方法，是土木工程專業學生的看家本事。結構力學知識點多，前后內容聯系緊密，前面所學內容往往是后續內容的重要基礎。初次學習結構力學時，一定要循序漸進，穩扎穩打，切忌間斷，似懂非懂。基本概念既是基礎，也是重點。只有深刻理解基本概念，才能提高解題速度，也有利于思路的延伸和知識的融匯貫通。

例如，在講解位移法基本原理時，由于其與力法分析超靜定結構步驟基本一樣，部分學生會將兩者相混淆。教師可以將這兩種求解結構內力的方法進行對比講解，讓學生對力法和位移法的基本原理和方法有清晰透徹的理解。又如，在學習“影響線”這部分內容時，也會有學生將影響線與前面所學的內力圖相混淆，所以有必要將兩者進行對比總結。再如，在學習“結構的幾何組成分析”這章內容時，學生對“約束”“自由度”“幾何不變體系”“幾何可變體系”“瞬變體系”等一些概念理解不透，則可以以大跨度斜拉橋為例來介紹［3］。對于重要的基本概念、基本原理以及分析問題的思路，教師要舍得花時間去講清講透。

2)基本概念趣味化。

教學應當是“教”與“學”的有效融合與緊密統一，教師的主導作用與學生的主體作用是保證教學效果的不可分割的兩個方面［4］。結構力學內容呆板、枯燥，學生很容易產生厭學情緒。教師不僅要注重如何講解結構力學知識，更要思考如何激發學生的主觀能動性，讓學生積極參與到教學環節中。學生一旦由“要我學”轉變為“我要學”，其學習積極性、學習的效率、學習的效果都會截然不同。

土木工程專業的實踐性很強，因此，在講授課程時，要注重將枯燥無趣的基本概念、基本原理與實際問題聯系起來。例如，講解“影響線”這部分內容時，告訴學生學完本部分內容以后，就可以對“在車輛移動荷載作用下的橋梁結構”和“在吊車荷載作用下的廠房結構”進行分析和計算。當教學讓學生感覺能夠用到解決實際問題時，學習才能得到促進。對于那些比較抽象的基本概念，我們還可以借助多媒體。例如，可以利用動畫來演示幾何可變體系的運動現象、結構在不同頻率及相應振型下的振動過程，使學生對抽象的概念有比較直觀的了解。另外，使用多媒體也可以大大減少教師的板書時間，而把精力用在講解基本概念上。

3)通過做題加深概念理解。

做題練習是結構力學一種重要的理論聯系實際的學習環節［1］。布置足夠數量的并具有典型性的習題，要求學生多做多練。實踐證明，只有通過做一定數量的題目，才能理解和掌握其中的概念、原理和方法。做題練習是為了學到知識，提高本領，切忌照抄照搬。教師選講習題時，也要做到精簡明確，有所取舍，重點內容和基本思路及分析方法要充分展開講解，要盡量避免講解重復性內容和做繁瑣的數學運算。通過習題課進行討論、講評，鼓勵學生主動發言，表達自己的分析過程，說錯也沒有關系，及時發現問題才能盡快解決。這樣學生在教師的引導下積極思維，基本原理和方法也就越來越清晰。

4)課外答疑澄清模糊概念。

課外答疑是課堂教學的補充和延伸，在結構力學教學中具有十分重要的作用。由于學時有限，課堂授課的節奏往往較快，部分學生可能跟不上課堂進度，這就需要學生利用課余時間來及時消化。教師課下應積極與學生面對面的交流，每周安排固定的答疑時間，隨時歡迎學生提問，及時了解他們的學習進展與動態，并通過作業情況掌握學生對課堂內容的接受程度和概念的理解程度，對一些模糊概念要及時澄清。另外，課外答疑還可以隨時關注學生的進步，及時對他們給予鼓勵，通過交流不但可以增強師生友誼，也會在一定程度上提高學生對本課程的興趣。

以上是針對結構力學課程的特點，以夯實基礎理論知識，建立較為全面的知識體系為目標，對結構力學課程的教學內容和教學方法，提出的幾點體會。總之，在結構力學教學過程中，教師不僅需要精通本專業知識，還必須堅持科學發展觀，大力加強教學改革，才能切實提高人才培養質量。

［1］崔清洋，張大長，朱 華.結構力學［M］.第2版.武漢:武漢理工大學出版社，2010:7.

［2］袁海慶.結構力學概念的加強和力學綜合能力的培養［J］.理工高教研究，2007，26(1):103-104.

［3］賈 程，陳卉卉.應用型本科結構力學課程教學方法探討［J］.山西建筑，2012，38(13):279-280.

［4］周 臻，尹凌峰，繆志偉.基于首要教學原理的結構力學教學過程重構［J］.高等建筑教育，2011，20(5):59-64.